高速滚床输送系统重复定位精度在线检测方法研究

卢晓冬　唐倩　冉启洪　汤艳刚

【摘 要】高速滚床输送系统是现代汽车制造企业自动化焊装生产线的重要组成部分，其重复定位精度对白车身各级总成焊装效率和焊装质量有着直接的影响。文章介绍了高速滚床输送系统的主要组成部分，分析了影响高速滚床输送系统重复定位精度的因素，阐述了一种高速滚床重复定位精度在线检测方案，该方案能够实时在线检测高速滚床输送系统的重复定位精度，为高速滚床输送设备的长期稳定运行和高精度、高质量的生产，提供了可靠保障，同时提高了生产效率。

【关键词】高速滚床；自动化焊装生产线；重复定位精度；在线检测

【中图分类号】TP242 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）04-0083-04

1 背景

在现代汽车制造企业中，高速滚床输送系统被广泛应用于自动化汽车焊装生产线上，完成白车身各级总成在焊装过程中的输送和定位工作。在汽车焊装生产线建成投产前期，高速滚床输送系统的重复定位精度处于较为理想的状态。但随着生产线的持续运行，机械设备不可避免地发生磨损、老化，进而造成高速滚床输送系统重复定位精度的下降。一旦重复定位精度降低，将导致白车身出現定位偏差或定位失败，进而导致车身尺寸出现严重偏差，甚至造成生产线停运，严重影响正常生产节拍，降低生产效率。目前，为了保障高速滚床输送系统的重复定位精度，汽车制造企业一般采用人工定期检修和间断性检测维护的方法。但这种方法需要生产线停线、人工检测费时费力且无法在第一时间获知当前高速滚床输送系统重复定位精度信息。

针对这一问题，本文详细分析了高速滚床输送设备重复定位精度的影响因素，提出了一种高速滚床输送设备重复定位精度在线检测方案，为高速滚床输送设备的长期稳定运行和高精度、高质量的生产，提供可靠保障，同时提高生产效率。

2 高速滚床输送系统简介

2.1 高速滚床输送系统组成

高速滚床主要由开关式传感器、锁止器、导向系统、输送辊轮、驱动系统、框架系统、读写器、PLC控制系统、滑撬9个部分组成（如图1所示）。

开关式传感器用于减速、停止、占位控制；锁止器用于滑撬到位后保证滑撬长度方向的位置；导向系统用于滑撬水平输送和竖直升降时的导向；输送辊轮为滑撬在滚床本体上的水平运动提供摩擦力；驱动系统为水平和竖直方向的运动提供驱动；框架系统为其他所有组成部分提供支撑；读写器用于读取车身信息并反馈给控制系统；PLC控制系统用于收集系统信息并发出动作指令；滑撬用于放置白车身各级总成。

2.2 高速滚床输送系统功能

高速滚床输送系统在自动化焊装生产线上主要有2个功能。一是完成白车身各级总成沿生产线传输方向在不同工位间的水平输送；二是完成白车身在相应工位的准确定位，为夹具的夹紧及机器人的加工奠定基础。在输送过程中，白车身各级总成放置于滑撬上，滑撬放置于滚床本体上，滚床本体固定于车间地板，工位两侧的定位销和定位块也固定于车间地板。整个动作过程如下：？譹？訛辊轮转动为滑撬提供摩擦力作为驱动，使之在滚床本体上水平行进至下一工位；？譺？訛滑撬到达滚床本体相应位置后，辊轮停转为滑撬提供制动力使之停止运动，锁止器弹出并保证滑撬在滚床本体上的相对位置；？譻？訛滚床本体竖直下降，带动滑撬及滑撬上的白车身各级总成竖直下降至相应位置；？譼？訛白车身各级总成在竖直下降过程中与滑撬分离，落入工位两侧的定位销和定位块，完成定位；？譽？訛机器人完成本工位所有工序后，滑撬随滚床本体竖直上升，与白车身各级总成再次接触并恢复至相应的高度后停止（如图2所示）。

3 高速滚床输送系统重复定位精度影响因素分析

3.1 高速滚床输送系统坐标系建立

为便于重复定位精度在线检测方案的实施，建立高速滚床输送系统坐标系（如图3所示）如下：坐标系的原点位于高速滚床输送系统两侧地板后端的一组基准定位块连线的中点处，X轴为前后（F/A）方向，其正方向与白车身流水线行进方向相同，Z轴为高低（H/L）方向，其正方向竖直向上，Y轴为横向（L/R）方向，其正方向按照右手系原则，由已知的X、Z轴方向唯一确定。

3.2 重复定位精度影响因素分析

在研究高速滚床输送系统重复定位精度的时候，不妨做出以下假设：？譹？訛假设固定于车间地面的工位两侧的定位销和定位块处在理论位置；？譺？訛假设固定于车间地面的竖直方向导轮导轨的直线度、垂直度处在理想状态；？譻？訛假设白车身各级总成的定位孔处在理论位置。由于高速滚床输送系统Z方向的重复定位精度（即能否精确停在Z轴方向上某一高度）对白车身各级总成能否准确定位影响不大，只需保证白车身各级总成能够竖直落入工位两侧定位孔实现车身和滑撬分离/接触即可，因此只需重点研究高速滚床输送系统在X和Y方向的重复定位精度即可。在整个过程中，影响高速滚床输送系统在X和Y方向重复定位精度的主要因素如图4所示。

4 高速滚床重复定位精度在线检测系统

4.1 在线检测系统总体方案设计

高速滚床重复定位精度在线检测系统（如图5所示）由非接触式位移传感器、数据采集卡、计算机及支撑机构等其他辅助部件组成。非接触式位移传感器用于测量被测点到传感器的距离，数据采集卡用来收集、转换并上传传感器的信号，计算机分析、处理相应数据后，得到高速滚床的重复定位精度，并将测量值与理论阀值比较，根据测量值情况，执行继续“生产”“暂停”或“报警”操作，供技术人员参考。

4.1.1 测点位置选择

选择测点位置时应当注意以下原则：？譹？訛测点处应有足够的安装空间，用于安装传感器测量头；？譺？訛应当考虑滑撬在X向的水平运动以及滚床本体在Y向垂直升降，保证测头不与上述运动发生干涉；？譻？訛所选测点应当具有代表性及可靠性，能够准确地反映高速滚床精度情况；？譼？訛为了保证测量质量，应在相应测点位置加装基准块，用于传感器测头的感应、测量。

基于以上原则，选取4组8个测量点，其分布示意图如图6所示。

如图6所示，对于滚床本体而言，滚床本体X方向的偏差测量由测点1、测点3完成，滚床本体Y方向的偏差测量由测点2、测点4完成，共2组4个测点，2组测点分别位于滚床本体沿流水线方向的左前和右后的对角位置。对于滑撬而言，滑撬X方向的偏差测量由测点5、测点7完成，因滑撬在X方向有水平运动，故传感器侧头不能位于滑撬任何部分的正前方，避免滑撬在运动中与测头发生碰撞。为解决此问题，需要在滑撬“T”形定位块附近加装一个倾斜角为θ的金属块，测头位于金属块前方下侧，通过一次余弦变换，即可得到滑撬X向精度；滑撬Y方向的偏差测量由测点6、测点8完成。

4.1.2 测量原理

因为滚床本体和滑撬各自X向和Y向的偏差，分别由4组测点来反映，且每组2个测点分别位于前后或左右两侧，为使每组2个测点的测量值与理论值的偏差值的符号与滚床本体在X正向、X负向、Y正向和Y负向的偏移的统一，所以定义第i号测点第j次测量所得测量值与理论值的偏差Eij如下：

4.1.3 检测过程

非接触式位移传感器采集数据的节拍由生产节拍确定，通过PLC控制系统控制，传感器每完成一次数据采集，该数据经过计算机的分析和处理将以图形和数据的形式显示在计算机上。检测过程如下：？譹？訛滑撬到达滚床，开关式传感器感应到后，给出反馈信号，电机停止运行，滑撬停在相应位置，锁止机构弹出。同时，开始检测高速滚床上8个测点精度值；？譺？訛滚床本体下降，白车身各级总成在下降过程中与滑撬分离，落在定位销及定位块上，等待加工；？譻？訛加工过后，滚床本体上升至理论位置，开关式传感器给出反馈信号，锁死机构退回，滑撬前行至下一工位；？譼？訛每次测量，传感器的输出数据都经数据采集卡连接，上传至计算机进行相应处理。

4.2 数据分析方法实例

各测点理论值Ti如下：T1=50 mm，T2=50 mm，T3=50 mm，T4=50 mm，T5=100 mm，T6=20 mm，T7=100 mm，T8=20 mm；5、7号测点倾斜角θ=45°；高速滚床输送系统为重复定位精度允许值为0.5 mm；1～8号测点部分测量数据见表1。

通过计算可得第i号测点第j次测量所得测量值与理论值的偏差（见表2）。

通过计算可得第j次测量滚床本体、滑撬和高速滚床偏差值（见表3）。

通过计算可得高速滚床输送系统X向重复定位精度为0.19 mm，高速滚床输送系统Y向重复定位精度为0.22 mm，均小于0.5 mm，高速滚床重复定位精度满足需求。

5 结论

本文首先对高速滚床输送系统主要组成部分进行了介绍，其次对影响高速滚床输送系统重复定位精度的因素进行了详细分析，最后阐述了一种高速滚床输送系统重复定位精度在线检测方法。该方法能够对高速滚床输送系统的重复定位精度进行实时在线检测，有利于提高生产效率，降低企业成本。

参 考 文 献

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[5]冉启洪.基于机器人的在线检测技术在车身焊接制造中的应用[J].企业科技与发展，2017（8）：37-40.

[责任编辑：钟声贤]